KR20180056000A - Phototransistor comprising organic material and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기물을 포함하는 포토트랜지스터 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 질화물을 포함하는 제1 활성 패턴 및 제1 활성 패턴과 접촉하고 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a phototransistor including an organic material and a method of manufacturing the same, and a phototransistor including a first active pattern including nitride and a second active pattern in contact with the first active pattern and containing an organic material, .
포토트랜지스터는 광 신호를 전기 신호로 변환시키는 것을 목적으로 하는 소자로서, 트랜지스터의 베이스와 컬렉터 사이 접합되는 부분에서 조사된 빛에 의해 전자와 정공이 생기고 이에 따라 출력 전류를 얻게 된다. 최근에는 광통신 시스템의 발달에 따라 광섬유를 통해 전달된 빛의 리시버(receiver)로 쓰이는 평면형 포토다이오드 가 핵심적인 소자 중의 하나로 인식되고 있다. 이러한 평면형 수광 다이오드로 사용되고 있는 대표적인 것에는 아발란치 포토다이오드가 있는데, 상기 아발란치 포토다이오드는 높은 광 민감도를 나타내지만 얻어진 전류 신호를 증폭할 때에 전류의 노이즈도 함께 증폭되어서 정밀성을 요구하는 시스템에 적용되기에는 한계를 보이고 있는 실정이다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 일환으로 최근 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터가 각광받고 있다. A phototransistor is an element which is intended to convert an optical signal into an electrical signal. Electrons and holes are generated by the light irradiated at the junction between the base and the collector of the transistor, and thus an output current is obtained. In recent years, a planar photodiode, which is used as a receiver of light transmitted through an optical fiber according to the development of an optical communication system, is recognized as one of the core devices. A typical example of such a planar light-receiving diode is an Avalanche photodiode. The Avalanche photodiode exhibits high photosensitivity. However, when amplifying the obtained current signal, current noise is also amplified, It is not possible to apply the method to the application. In order to solve these problems, recently, a transistor using an oxide semiconductor is attracting attention.
구체적으로, 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터는 기존 비정질 실리콘에 비해 높은 안정성과 이동도를 갖고 있다. 대표 응용분야로써 디스플레이 백플레인의 픽셀을 제어하는 능동형 소자로써 널리 쓰이고 있다. 높은 안정성, 이동도를 특징으로 하는 산화물 반도체는 넓은 밴드갭으로 인해 가시광 영역 및 적외선 영역의 빛을 투과하여, 광소자로써 그 특징이 제한적이다. 뿐만 아니라, 넓은 밴드갭에도 불구하고 밴드갭 내에 존재하는 산소결함에 의해 광조사 시 얘기치 않은 잔존 전류로 인해 우수한 광스위칭 특성을 얻는데 어려움이 있다. Specifically, a transistor using an oxide semiconductor has higher stability and mobility than a conventional amorphous silicon. As a representative application, it is widely used as an active element that controls the pixels of the display backplane. Oxide semiconductors characterized by high stability and mobility transmit light in the visible light region and the infrared light region due to their wide band gaps, and their characteristics are limited as optical elements. In addition, despite the wide bandgap, oxygen defects in the band gap make it difficult to obtain excellent optical switching characteristics due to residual uncharged current during light irradiation.
이에 따라, 다양한 산화물 반도체를 이용한 트랜지스터들이 개발 되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 10-1465436(출원번호 10-2013-0122347, 출원인 : 성균관대학교산학협력단)에는, 공기나 화학 산화제를 사용하지 않고 산소 기체를 이용해 폴리도파민 박막을 제조하는 방법과, p형 반도체 특성을 나타내는 상기 폴리도파민 박막을 유기반도체 박막으로 사용하여 유기 박막 포토트랜지스터를 제조하는 방법이 개시되어 있다. Accordingly, transistors using various oxide semiconductors are being developed. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1465436 (Application No. 10-2013-0122347, Applicant: Sungkyunkwan University, Industry & University Collaboration Group) discloses a method of producing a polypodamine thin film by using oxygen gas without using air or a chemical oxidizing agent, discloses a method for manufacturing an organic thin film phototransistor using the above-described poly dopamine thin film exhibiting p-type semiconductor characteristics as an organic semiconductor thin film.
이 밖에도, 광민감성 향상을 위한 다양한 포토트랜지스터의 제조 기술들이 연구 개발되고 있다.In addition, a variety of phototransistor manufacturing techniques have been researched and developed to improve photosensitivity.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 전자 이동도가 높은 포토트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a phototransistor having a high electron mobility and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 광 스위칭 특성이 향상된 포토트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another aspect of the present invention is to provide a phototransistor having improved optical switching characteristics and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 안정성이 향상된 포토트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another aspect of the present invention is to provide a phototransistor having improved stability and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고효율 및 고신뢰성의 포토트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a phototransistor of high efficiency and high reliability and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 포토트랜지스터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a phototransistor.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 상에 배치되고, 질화물(nitride)을 포함하는 제1 활성 패턴(first active pattern), 및 상기 제1 활성 패턴 상에 배치되어 상기 제1 활성 패턴과 접촉하고, 유기물(organic material)을 포함하는 제2 활성 패턴(second active pattern)을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the phototransistor comprises a substrate, a gate insulating film disposed on the substrate, a first active pattern disposed on the gate insulating film, the first active pattern including nitride, A second active pattern disposed on the active pattern and in contact with the first active pattern and including an organic material.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 활성 패턴은, 서로 다른 산소 농도를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the first active pattern may include a first region and a second region having different oxygen concentrations.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 영역은, 상기 제1 활성 패턴의 상부면에 인접하고, 상기 제2 영역은, 상기 제1 활성 패턴의 하부면에 인접한 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first region may be adjacent a top surface of the first active pattern, and the second region may be adjacent to a bottom surface of the first active pattern.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 영역의 산소 농도는 상기 제2 영역의 산소 농도 보다 높고, 상기 제1 영역의 질소 농도는 상기 제2 영역의 질소 농도 보다 낮은 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the oxygen concentration of the first region may be higher than the oxygen concentration of the second region, and the nitrogen concentration of the first region may be lower than the nitrogen concentration of the second region.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 활성 패턴은, 아연(Zn), 산소(O) 및 질소의 화합물로 형성되고, 상기 제2 활성 패턴은, 광민감성 유기 물질로 형성되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first active pattern may be formed of a compound of zinc (Zn), oxygen (O), and nitrogen, and the second active pattern may be formed of a photosensitive organic material.
일 실시 예에 따르면, 상기 광민감성 유기 물질은, PC71BM 및 PBDTT-DPP:PC71BM 인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the photosensitive organic material may include PC 71 BM and PBDTT-DPP: PC 71 BM.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터는, 상기 기판 상의 게이트 전극을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은, 상기 기판 및 상기 게이트 절연막 사이에 배치되고, 상기 게이트 절연막으로 둘러 싸인 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the phototransistor further includes a gate electrode on the substrate, and the gate electrode may be disposed between the substrate and the gate insulating film and surrounded by the gate insulating film.
일 실시 예에 따르면, 상기 게이트 전극이 포함된 포토트랜지스터의 상기 기판은, 절연 기판인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the substrate of the phototransistor including the gate electrode may include an insulating substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터의 상기 기판은, 축퇴된 반도체 기판인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the substrate of the phototransistor may comprise a degenerated semiconductor substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터는, 상기 제1 활성 패턴 일측의 소스 전극, 및 상기 제1 활성 패턴 타측의 드레인 전극을 포함하되, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은, 상기 제1 활성 패턴의 상기 일측 및 상기 타측과 접촉되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the phototransistor includes a source electrode on one side of the first active pattern, and a drain electrode on the other side of the first active pattern, wherein the source electrode and the drain electrode are formed on the first active pattern, And contacting the one side and the other side.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극의 일 부분들은, 상기 제1 활성 패턴 및 상기 제2 활성 패턴 사이에 배치되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, portions of the source electrode and the drain electrode may be disposed between the first active pattern and the second active pattern.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 포토트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a phototransistor.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터의 제조 방법은, 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연막 상에 질화물을 포함하는 제1 활성 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제1 활성 패턴 상에 배치되어 상기 제1 활성 패턴과 접촉하고, 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, a method of manufacturing a phototransistor includes forming a gate insulating film on a substrate, forming a first active pattern comprising nitride on the gate insulating film, and depositing a first active pattern on the first active pattern Thereby forming a second active pattern that contacts the first active pattern and includes an organic material.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터의 제조 방법은, 상기 제2 활성 패턴을 형성하기 전, 상기 제1 활성 패턴의 상부면을 산화시켜, 상기 제1 활성패턴의 상부면에 인접한 제1 영역 및 상기 제1 활성 패턴의 하부면에 인접한 제2 영역 사이에 산소의 농도 구배를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of manufacturing the phototransistor further comprises oxidizing the top surface of the first active pattern prior to forming the second active pattern to form a first region adjacent the top surface of the first active pattern, And forming a concentration gradient of oxygen between the second regions adjacent to the lower surface of the first active pattern.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 활성 패턴의 상기 상부면은, 열 산화되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the upper surface of the first active pattern may comprise being thermally oxidized.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터의 제조 방법은, 상기 게이트 절연막을 형성하기 전, 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 게이트 절연막은, 상기 게이트 전극 상에 형성되고, 상기 기판은 절연기판인 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the method of manufacturing the phototransistor further comprises forming a gate electrode on the substrate before forming the gate insulating film, wherein the gate insulating film is formed on the gate electrode, The substrate may be an insulating substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 포토트랜지스터의 제조 방법은, 상기 제1 활성 패턴을 형성한 후 상기 제2 활성 패턴을 형성하기 전, 상기 제1 활성 패턴의 일측 및 타측에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the method of manufacturing the phototransistor may include forming source and drain electrodes on one side and the other side of the first active pattern after forming the first active pattern and before forming the second active pattern, respectively The method further comprising:
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 상에 배치되고, 질화물을 포함하는 제1 활성 패턴, 상기 제1 활성 패턴 상에 배치되어 상기 제1 활성 패턴과 접촉하고, 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 활성 패턴 내에 산소 결함이 감소되고, 잔여 전류가 감소할 수 있다. 또한, 광(예를 들어, 가시광선)흡수도가 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device including a substrate, a gate insulating film disposed on the substrate, a first active pattern disposed on the gate insulating film and including a nitride, And a second active pattern including an organic material can be manufactured. Thereby, oxygen defects in the first active pattern can be reduced, and the residual current can be reduced. In addition, light (e.g., visible light) absorption can be enhanced.
상기 제1 활성 패턴은, 산화되어 산소 농도가 서로 다른 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 활성 패턴의 안정성이 향상될 수 있고, 상기 제2 활성 패턴으로 사용될 수 있는 유기물의 종류가 다양할 수 있다.The first active pattern may include a first region and a second region that are oxidized and have different oxygen concentrations. Accordingly, the stability of the first active pattern can be improved, and the kinds of the organic materials usable as the second active pattern can be varied.
결과적으로, 광 스위칭 특성이 향상되고, 고효율 및 고신뢰성의 포토트랜지스터 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.As a result, the phototransistor with improved light switching characteristics and high efficiency and high reliability and a manufacturing method thereof can be provided.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 포토트랜지스터에 포함된 제1 활성 패턴의 산소 농도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 포토트랜지스터에 포함된 제1 활성 패턴 내 산소 농도 구배를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 ZnO 활성 패턴 및 ZnON 활성 패턴의 밴드갭을 설명하는 도면이다.
도 7은 ZnO 활성 패턴 및 ZnON 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터의 잔여 전류를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 비교 예 1 및 2에 따른 포토트랜지스터의 전류값을 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 포토트랜지스터의 전류값을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 비교 예 3에 따른 포토트랜지스터의 전류값을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 광민감도(photodetectivity)를 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 광반응성(photoresponsivity) 및 외부 양자 효율(EQE, effective quantum efficiency)을 측정한 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a phototransistor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a structure of a phototransistor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining the oxygen concentration of the first active pattern included in the phototransistor shown in FIG. 2. FIG.
4 is a graph for explaining the oxygen concentration gradient in the first active pattern included in the phototransistor shown in FIG.
5 is a view for explaining a structure of a phototransistor according to a second embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the bandgap of the ZnO active pattern and the ZnON active pattern.
7 is a view for explaining a residual current of a phototransistor including a ZnO active pattern and a ZnON active pattern.
8 is a graph showing current values of phototransistors according to Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
9 is a graph illustrating current values of a phototransistor according to embodiments of the present invention.
10 is a graph showing a current value of a phototransistor according to Comparative Example 3 of the present invention.
11 is a graph showing photodetectivity of a phototransistor according to a comparative example and an example of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing photoresponsivity and effective quantum efficiency (EQE) of a phototransistor according to Comparative Examples and Examples of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 포토트랜지스터에 포함된 제1 활성 패턴의 산소 농도를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 포토트랜지스터에 포함된 제1 활성 패턴 내 산소 농도 구배를 설명하기 위한 그래프이다.2 is a view for explaining the structure of a phototransistor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the phototransistor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph for explaining the oxygen concentration gradient in the first active pattern included in the phototransistor shown in FIG. 2. FIG. 4 is a graph for explaining the oxygen concentration of the first active pattern included in the phototransistor shown in FIG. to be.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판(100)이 준비된다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 축퇴된 반도체 기판(예를 들어, 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판)일 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 상기 기판(100)은, 유리 기판, 플라스틱 기판일 수 있다.Referring to Figs. 1 to 4, a
상기 기판(100) 상에 게이트 절연막(110)이 형성될 수 있다(S110). 상기 게이트 절연막(110)은, 절연 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 물질은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 산화물 등을 포함할 수 있다. A
상기 게이트 절연막(110) 상에 질화물(nitride)을 포함하는 제1 활성 패턴(first active pattern, 130)이 형성될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 활성 패턴(130)은 질소를 포함하는 반도체 산화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 활성 패턴(130)은, 아연(Zn), 산소(O) 및 질소(N)의 화합물로 형성 될 수 있다.A first
상기 제1 활성 패턴(130)의 일측 및 타측 상에 소스 전극(150) 및 드레인 전극(160)이 각각 형성될 수 있다(S130). A
상기 소스 전극(150)은 상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 일측 상에 배치될 수 있다. 상기 드레인 전극(160)은 상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 타측 상에 배치될 수 있다. 상기 소스 전극(150)은 상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 일측과 접촉될 수 있다. 상기 드레인 전극(160)은 상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 타측과 접촉될 수 있다.The
제2 활성 패턴(140)이 상기 제1 활성 패턴(130) 상에 형성될 수 있다(S140). 상기 제2 활성 패턴(140)은 유기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물을 포함하는 상기 제2 활성 패턴(140)은 상기 제1 활성 패턴(130)과 직접 접촉(directly contact)할 수 있다. 상기 제2 활성 패턴(140)은, 광민감성 유기 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 활성 패턴(140)은, PC71BM, PBDTT-DPP:PC71BM 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.A second
상기 제1 활성 패턴(130)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 영역(132) 및 제2 영역(134)을 포함할 수 있다. 상기 제1 영역(132)은 상기 제1 활성 패턴(130)의 상부면과 인접할 수 있다. 상기 제2 영역(134)은 상기 제1 활성 패턴(130)의 하부면과 인접할 수 있다. 상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 상부면은, 상기 제1 활성 패턴(130)과 상기 제2 활성 패턴(140)의 경계면을 포함할 수 있다. 상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 하부면은, 상기 제1 활성 패턴과 상기 게이트 절연막(110)의 경계면을 포함할 수 있다. 상기 제1 영역(132) 및 상기 제2 영역(134)은, 서로 다른 산소 농도를 가질 수 있다. 상기 제1 영역(132)의 산소 농도는, 상기 제2 영역(134)의 산소 농도 보다 높을 수 있다. 상기 제1 영역(132) 및 상기 제2 영역(134)은, 서로 다른 질소 농도를 가질 수 있다. 상기 제1 영역(132)의 질소 농도는, 상기 제2 영역(134)의 질소 농도 보다 낮을 수 있다.The first
상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 상부면은, 상기 제2 활성 패턴(140)이 형성되기 전 산화될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 활성 패턴(130)의 상기 상부면은, 열처리 산화 및 자연 산화 될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 영역(132) 및 상기 제2 영역(134) 사이에는 도 4에 도시된 바와 같이, 산소의 농도 구배가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상술된 바와 같이, 상기 제1 영역(132)은, 상기 제2 영역(134)보다 산소 농도가 높을 수 있다. 따라서, 상기 제1 활성 패턴(130)의 안정성은 증가되고, 상기 포토트랜지스터의 신뢰성은 향상될 수 있다. The upper surface of the first
상술된 바와 달리, 산화 단계가 생략되어, 상기 제1 활성 패턴이 산소의 농도가 높은 제1 영역을 포함하지 않는 경우, 제1 활성 패턴(예를 들어, ZnON)의 안정성이 저하될 수 있다. 따라서, 제1 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터의 신뢰성은 저하될 수 있다. 또한, 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 상기 제1 활성 패턴 상에 형성하는 경우, 상기 제2 활성 패턴으로 사용될 수 있는 유기물의 종류가 제한될 수 있다. Unlike the above, if the oxidation step is omitted and the first active pattern does not include a first region having a high oxygen concentration, the stability of the first active pattern (e.g., ZnON) may be degraded. Therefore, the reliability of the phototransistor including the first active pattern can be lowered. In addition, when a second active pattern including an organic substance is formed on the first active pattern, the kind of the organic substance that can be used as the second active pattern may be limited.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따라, 산화 단계를 수행하여 형성된 상기 제1 활성 패턴(130)이, 산소의 농도가 높은 상기 제1 영역(132)을 포함하는 경우, 상기 제1 활성 패턴(130)의 안정성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 제1 활성 패턴(130) 상에 유기물을 포함하는 상기 제2 활성 패턴(140)을 형성하는 경우, 상기 제2 활성 패턴(130)이 포함하는 유기물의 종류가 다양할 수 있다. 이에 따라, 상기 포토트랜지스터의 제조 공정은 간소화 되고 공정 비용이 절감될 수 있다. 결과적으로, 상기 제1 활성 패턴(130)을 포함하는 포토트랜지스터의 신뢰성은 향상될 수 있다. However, according to an embodiment of the present invention, when the first
본 발명의 제1 실시 예에 따른 포토트랜지스터는, 상기 기판(100), 상기 게이트 절연막(110), 질화물을 포함하는 상기 제1 활성 패턴(130), 유기물을 포함하는 상기 제2 활성 패턴(140), 상기 소스 전극(150), 및 상기 드레인 전극(160)을 포함할 수 있다. The phototransistor according to the first exemplary embodiment of the present invention may include the
본 발명의 제1 실시 예에 따른 상기 포토트랜지스터로 광이 조사되는 경우, 상기 제2 활성 패턴(140)에서 광이 흡수될 수 있다. 상기 제2 활성 패턴(140)에서 광이 흡수되어, 상기 제1 활성 패턴(130) 및 상기 제2 활성 패턴(140) 사이에 전자 및 전공 쌍이 형성될 수 있다. 상기 기판(100)에 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 활성 패턴(130)은, 하부면에 채널을 형성할 수 있다. 상기 채널이 형성된 후, 캐리어(carrier)는, 상기 소스 전극(150), 상기 채널, 상기 드레인 전극(160)을 순차적으로 이동할 수 있다. 또한, 광이 조사되어 생성된 전자 또는 정공이 상기 채널로 주입될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 활성 패턴(130)의 하부면에 형성된 채널내의 이동도는 높아질 수 있다. When light is irradiated onto the phototransistor according to the first embodiment of the present invention, light may be absorbed in the second
상술된 바와 달리, 포토트랜지스터의 활성패턴이 산소를 포함하는 비질화물(예를 들어, ZnO)로 형성되는 경우, 상기 활성패턴 내에 산소 결함이 다수 존재한다. 이에 따라, 포토트랜지스터의 광 스위칭 특성이 저하될 수 있다. 다시 말하면, 광이 조사되지 않는 경우에도, 상기 활성패턴 내에 잔여 전류가 존재하여, 포토트랜지스터의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 상술된 바와 달리, 상기 제1 활성 패턴(130) 상에 유기물을 포함하는 상기 제2 활성 패턴(140)이 형성되지 않는 경우, 광(예를 들어, 가시광선) 흡수도가 저하될 수 있다. 이에 따라 포토트랜지스터의 광 스위칭 특성 및 신뢰성이 저하될 수 있다. In contrast to the above, when the active pattern of the phototransistor is formed of a non-creature containing oxygen (for example, ZnO), a large number of oxygen defects are present in the active pattern. As a result, the optical switching characteristics of the phototransistor may be deteriorated. In other words, even when light is not irradiated, a residual current exists in the active pattern, and the reliability of the phototransistor may be deteriorated. Also, unlike the above, when the second
하지만, 본 발명의 제1 실시 예에 따라, 상기 포토트랜지스터의 제1 활성 패턴(130)이 산소를 포함하는 질화물(예를 들어, ZnON)로 형성되는 경우, 상기 제1 활성 패턴(130)내에 산소 결함이 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 활성 패턴(130)내에 잔여 전류가 감소 할 수 있다. 결과적으로, 상기 포토트랜지스터의 광 스위칭 특성 및 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따라, 상기 제1 활성 패턴(130) 상에 유기물을 포함하는 상기 제2 활성 패턴(140)이 형성되는 경우, 광(예를 들어, 가시광선) 흡수도가 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토트랜지스터의 광 스위칭 특성 및 신뢰성이 향상될 수 있다. However, according to the first embodiment of the present invention, when the first
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 기판 및 게이트 절연막 사이에 게이트 전극이 더 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포토 트랜지스터 및 그 제조 방법이, 도 5를 참조하여 설명된다. According to the second embodiment of the present invention, unlike the first embodiment of the present invention described above, a gate electrode may further be provided between the substrate and the gate insulating film. Hereinafter, a phototransistor according to a second embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIG.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a structure of a phototransistor according to a second embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 기판(100)이 준비된다. 이때, 상기 기판(100)은 절연 기판일 수 있다. 예를 들어 상기 절연 기판은, 유리 기판, 플라스틱 기판 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, a
본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 상기 기판(100) 상에 게이트 전극(120)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극(120)은, 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 티타튬(Ti), 구리(Cu), 텅스텐(W), 및 이들의 합금으로 형성될 수 있다.According to a second embodiment of the present invention, a
상기 게이트 전극(120) 상에 상기 게이트 절연막(110)이 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(110)은, 절연 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 물질은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 게이트 전극(120)은, 상기 기판(100) 및 상기 게이트 절연막(110) 사이에 배치될 수 있다. 상기 게이트 전극(120)은, 상기 게이트 절연막(110)으로 둘러 싸일 수 있다. 이후, 제1 실시 예에서 설명된 바와 같이, 질화물을 포함하는 제1 활성 패턴(130) 및 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴(140)을 포함하는 포토트랜지스터가 제조될 수 있다.The
본 발명의 제2 실시 예에 따른 상기 포토트랜지스터로 광이 조사되는 경우, 상기 제2 활성 패턴(140)에서 광이 흡수될 수 있다. 상기 제2 활성 패턴(140)에서 광이 흡수 되어, 상기 제1 활성 패턴(130) 및 상기 제2 활성 패턴(140) 사이에 전자 및 전공 쌍이 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극(120)에 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 활성 패턴(130)은, 하부면에 채널을 형성할 수 있다. 상기 채널이 형성된 후, 캐리어(carrier)는, 상기 소스 전극(150), 상기 채널, 상기 드레인 전극(160)을 순차적으로 이동할 수 있다. 또한, 광이 조사되어 생성된 전자 또는 정공이 상기 채널로 주입될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 활성 패턴(130)의 하부면에 형성된 채널내의 전자 이동도는 높아질 수 있다.When light is irradiated onto the phototransistor according to the second embodiment of the present invention, light may be absorbed in the second
도 6은 ZnO 활성 패턴 및 ZnON 활성 패턴의 밴드갭을 설명하는 도면이고, 도 7은 ZnO 활성 패턴 및 ZnON 패턴을 포함하는 포토트랜지스터의 잔여 전류를 설명하는 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining the band gap of the ZnO active pattern and the ZnO active pattern, and FIG. 7 is a view for explaining the residual current of the phototransistor including the ZnO active pattern and the ZnON pattern.
도 6을 참조하면, ZnO 활성 패턴 및 ZnON 활성 패턴 사이의 밴드갭 차이가 설명된다. 도 6의 (a)에서 알 수 있듯이, ZnO 활성 패턴은 CBM(conduction band minimum) 과 VBM(balance band maximum) 사이에 3.2eV의 밴드갭 에너지가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 가시광선 대역의 파장을 갖는 광의 흡수율이 낮아지게 된다. 또한, 다량의 산소 결함(V0, oxygen vacancies )이 상기 VBM과 상기 CBM 사이에 존재하는 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 상기 CBM과 상기 VBM사이를 이동하는 전자들이 다량의 산소 결함에 트랩(trap)되어, 잔여 전류가 존재하게 된다. 도 6의 (b)에서 알 수 있듯이, ZnON 활성 패턴은 CBM 과 VBM 사이에 1.3eV의 밴드갭 에너지가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 적외선, 가시광선, 및 자외선 대역의 파장까지 넓은 범위에서 광의 흡수율이 높아지게 된다. 또한, 상기 VBM과 상기 CBM 사이에 산소 결함이 없는 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 상기 CBM과 상기 VBM사이를 이동하는 전자들이 산소 결함에 트랩되지 않고, 이에 따라 잔여 전류가 감소하게 된다.Referring to FIG. 6, the band gap difference between the ZnO active pattern and the ZnON active pattern is described. As can be seen from FIG. 6 (a), it can be seen that a band gap energy of 3.2 eV exists between the CBM (conduction band minimum) and the VBM (balance band maximum) in the ZnO activation pattern. As a result, the absorption rate of light having a wavelength in the visible light band is lowered. Also, it can be seen that a large amount of oxygen vacancies (V 0 , oxygen vacancies) exist between the VBM and the CBM. As a result, electrons moving between the CBM and the VBM are trapped by a large amount of oxygen defects, and a residual current is present. As can be seen from FIG. 6 (b), it can be seen that the band gap energy of 1.3 eV exists between CBM and VBM in the ZnON activation pattern. As a result, the absorption rate of light is increased over a wide range from the wavelengths of infrared rays, visible rays, and ultraviolet rays. In addition, it can be confirmed that there is no oxygen defect between the VBM and the CBM. As a result, electrons traveling between the CBM and the VBM are not trapped in the oxygen defects, thereby reducing the residual current.
도 7을 참조하면, ZnO 활성 패턴 및 ZnON 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터에서, 빛의 여부에 따른 전류의 흐름이 설명된다. 도 7의 (a)에서 알 수 있듯이, ZnO 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터는, 광을 조사했을 경우 전류가 흐르게 된다. 하지만, 광의 조사를 중단했을 경우에도 여전히 전류가 흐르게 된다. 도 7의 (b)에서 알 수 있듯이, ZnON 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터는, 광을 조사했을 경우 전류가 흐르게 된다. 하지만, 광의 조사를 중단했을 경우에는 전류가 다시 흐르지 않게 된다. Referring to FIG. 7, in the phototransistor including a ZnO active pattern and a ZnON active pattern, a current flow according to whether light is present will be described. As can be seen from FIG. 7 (a), in the phototransistor including the ZnO active pattern, a current flows when light is irradiated. However, when the light irradiation is stopped, the current still flows. As can be seen from FIG. 7 (b), in the phototransistor including the ZnON active pattern, a current flows when light is irradiated. However, when the light irradiation is stopped, the current does not flow again.
결론적으로, ZnON 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터는, CBM과 VBM 사이의 밴드갭이, ZnO 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터의 CBM과 VBM 사이의 밴드갭보다 좁고, 상기 CBM과 상기 VBM사이에 산소 결함이 없는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 빛의 조사가 중단되었을 경우, 잔여 전류가 실질적으로 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, ZnON 활성 패턴을 포함하는 포토트랜지스터는, 적외선, 가시광선, 자외선까지 넓은 파장 대역의 광을 흡수할 수 있다. 또한, 잔여 전류의 형성이 적어 지게 된다. 그 결과, 광 스위칭 특성 및 신뢰성이 향상된 포토트랜지스터가 제조될 수 있다.As a result, the phototransistor including the ZnON active pattern has a bandgap between the CBM and the VBM is narrower than a band gap between the CBM and the VBM of the phototransistor including the ZnO active pattern, . Thus, it can be confirmed that when the irradiation of light is stopped, the residual current is not substantially formed. Accordingly, the phototransistor including the ZnON active pattern can absorb light in a wide wavelength band ranging from infrared rays, visible rays, and ultraviolet rays. In addition, the formation of the residual current becomes small. As a result, a phototransistor with improved optical switching characteristics and reliability can be manufactured.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 특성 평가 결과가 설명된다.The evaluation results of the characteristics of the phototransistor according to the embodiment of the present invention described above will be described.
실시 예 1에 따른 포토트랜지스터 제조Phototransistor manufacture according to Example 1
P+로 도핑된 실리콘 기판이 준비 된다. 상기 기판 상에 실리콘 산화물을 포함하는 게이트 절연막을 형성했다. 상기 게이트 절연막 상에 반응성 스퍼터링을 이용하여 고순도 Zn 금속 타겟 (99.9999%) 과 산소와 질소의 혼합 가스를 주입하여 증착된 ZnON을 포함하는 제1 활성 패턴을 형성했다. 상기 제1 활성 패턴의 일측 및 타측 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성 했다. 상기 제1 활성 패턴 상에 배치되어 상기 제1 활성 패턴과 접촉하고, PC71BM 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 형성하여, 실시 예 1에 따른 포토트랜지스터를 제조했다.A silicon substrate doped with P + is prepared. A gate insulating film containing silicon oxide was formed on the substrate. A high purity Zn metal target (99.9999%) and a mixed gas of oxygen and nitrogen were injected onto the gate insulating layer by reactive sputtering to form a first active pattern including ZnO deposited. A source electrode and a drain electrode were formed on one side and the other side of the first active pattern, respectively. A second active pattern was disposed on the first active pattern to contact the first active pattern and comprising a PC 71 BM organic material to produce the phototransistor according to Example 1.
실시 예 2에 따른 포토트랜지스터 제조Phototransistor manufacture according to Example 2
상술된 실시 예 1과 동일한 기판, 게이트 절연막, 제1 활성 패턴을 준비하였다. 이후, 상기 제1 활성 패턴 상에 PBDTT-DPP:PC71BM 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 형성하여, 실시 예 2에 따른 포토트랜지스터를 제조했다.A substrate, a gate insulating film, and a first active pattern similar to those of the first embodiment described above were prepared. Then, a second active pattern including a PBDTT-DPP: PC 71 BM organic material was formed on the first active pattern to prepare a phototransistor according to the second embodiment.
비교 예 1에 따른 포토트랜지스터 제조The phototransistor manufacturing according to Comparative Example 1
상술된 실시 예 1과 동일한 기판, 게이트 절연막, 제1 활성 패턴을 준비하였다. 이후, 상기 제1 활성 패턴 상에 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴이 생략된 비교 예 1에 따른 포토트랜지스터를 제조했다.A substrate, a gate insulating film, and a first active pattern similar to those of the first embodiment described above were prepared. Thereafter, a phototransistor according to Comparative Example 1 in which a second active pattern containing an organic material was omitted on the first active pattern was manufactured.
비교 예 2에 따른 포토트랜지스터 제조The phototransistor manufacture according to Comparative Example 2
상술된 실시 예 1과 동일한 기판, 게이트 절연막, 제1 활성 패턴을 준비하였다. 이후, 상기 제1 활성 패턴 상에 PBDTT-DPP 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 형성하여 비교 예 2에 따른 포토트랜지스터를 제조했다.A substrate, a gate insulating film, and a first active pattern similar to those of the first embodiment described above were prepared. Then, on the first active pattern A second active pattern including a PBDTT-DPP organic material was formed to produce a phototransistor according to Comparative Example 2. [
비교 예 3에 따른 포토트랜지스터 제조The phototransistor manufacture according to Comparative Example 3
상술된 실시 예 1과 동일한 기판, 게이트 절연막을 준하였다. 이후, 제1 활성 패턴 없이, 상기 게이트 절연막 상에 PBDTT-DPP:PC71BM 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 형성하여 비교 예 3에 따른 포토트랜지스터를 제조했다.The same substrate and gate insulating film as in the above-described Embodiment 1 were provided. Thereafter, a second active pattern including a PBDTT-DPP: PC 71 BM organic material was formed on the gate insulating film without a first active pattern to produce a phototransistor according to Comparative Example 3.
상기 실시 예 1, 실시 예 2, 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 따른 포토트랜지스터의 제1 활성 패턴 및 제2 활성 패턴의 구조가 아래 <표 1>을 통해 정리된다.The structures of the first active pattern and the second active pattern of the phototransistors according to the first, second and third comparative examples are summarized in Table 1 below.
도 8은 본 발명의 비교 예 1 및 2에 따른 포토트랜지스터의 전류값을 측정한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 포토트랜지스터의 전류값을 측정한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 비교 예 3에 따른 포토트랜지스터의 전류값을 측정한 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing current values of phototransistors according to Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, FIG. 9 is a graph showing a current value of a phototransistor according to embodiments of the present invention, FIG. In which the current value of the phototransistor according to Comparative Example 3 is measured.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 비교 예 1 및 2, 실시 예 1 및 실시 예 2에 따라 제조된 포토트랜지스터들에 대해서, 380nm, 467nm, 525nm, 630nm, 780nm, 850nm, 940nm의 파장을 갖는 광을 조사한 경우 및 광을 조사하지 않은 경우, 게이트 전압에 따른 소스 및 드레인 사이의 전류 값을 측정하였다. 또한, 본 발명의 비교 예 3에 따라 제조된 포토트랜지스터에 대해서, 380nm, 525nm, 780nm, 940nm의 파장을 갖는 광을 조사한 경우 및 광을 조사하지 않은 경우, 게이트 전압에 따른 소스 및 드레인 사이의 전류 값을 측정하였다.8 to 10, for the phototransistors manufactured according to Comparative Examples 1 and 2, Example 1 and Example 2 of the present invention, wavelengths of 380 nm, 467 nm, 525 nm, 630 nm, 780 nm, 850 nm, and 940 nm And when light was not irradiated, the current value between the source and the drain in accordance with the gate voltage was measured. In the phototransistor manufactured according to Comparative Example 3 of the present invention, when light having wavelengths of 380 nm, 525 nm, 780 nm and 940 nm was irradiated and when no light was irradiated, the current between the source and the drain Respectively.
도 8 내지 도 10에서 알 수 있듯이, 본 발명의 비교 예 1, 비교 예 2, 실시 예 1, 및 실시 예 2에 따라 ZnON을 포함하는 제1 활성 패턴을 갖는 포토트랜지스터는 광 조사에 따른 스위칭 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 본 발명의 비교 예 3에 따라 제1 활성 패턴이 생략된 포토트랜지스터는 광 조사에 따른 스위칭 특성이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, ZnON을 포함하는 제1 활성 패턴을 갖는 포토트랜지스터를 제조하는 것이, 광 스위칭 특성이 향상된 포토트랜지스터를 제조하는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다. 8 to 10, according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1, and Example 2 of the present invention, a phototransistor having a first active pattern including ZnON has a switching characteristic Is displayed. However, it can be confirmed that the phototransistor in which the first active pattern is omitted according to Comparative Example 3 of the present invention does not exhibit the switching characteristic according to the light irradiation. Therefore, it can be confirmed that manufacturing a phototransistor having a first active pattern including ZnON is an efficient method of manufacturing a phototransistor with improved optical switching characteristics.
도 11은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 광민감도(photodetectivity)를 측정한 그래프이다. 11 is a graph showing photodetectivity of a phototransistor according to a comparative example and an example of the present invention.
도 11의 (a)를 참조하면, 본 발명의 비교 예 1, 비교 예 2, 실시 예 1, 및 실시 예 2에 따라 제조된 포토트랜지스터에 대해, 게이트 전압 -10V인 조건에서, 파장에 따른 광민감도를 측정하였다. 도 11의 (a)에서 알 수 있듯이, 본 발명의 비교 예 1 및 2에 따른 포토트랜지스터 보다 본 발명의 실시 예 1 및 2에 따른 포토트랜지스터의 광민감도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 11A, for the phototransistor manufactured according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1, and Example 2 of the present invention, under the condition of a gate voltage of -10 V, Sensitivity was measured. As can be seen from FIG. 11A, the photosensitivity of the phototransistors according to Examples 1 and 2 of the present invention is higher than that of the phototransistors according to Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
도 11의 (b)를 참조하면, 본 발명의 비교 예 1, 비교 예 2, 실시 예 1, 및 실시 예 2에 따라 제조된 포토트랜지스터에 대해, 파장 630nm인 조건에서, 게이트 전압에 따른 광민감도를 측정하였다. 도 11의 (b)에서 알 수 있듯이, 본 발명의 비교 예 1 및 2에 따른 포토트랜지스터 보다 본 발명의 실시 예 1 및 2에 따른 포토트랜지스터의 광민감도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.11 (b), for the phototransistor manufactured according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, Example 1, and Example 2 of the present invention, the light sensitivity according to the gate voltage at a wavelength of 630 nm Were measured. As can be seen from FIG. 11 (b), the photosensitivity of the phototransistors according to Examples 1 and 2 of the present invention is higher than that of the phototransistors according to Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
따라서, ZnON을 포함하는 제1 활성 패턴과 PC71BM 및/또는 PBDTT-DPP:PC71BM 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 갖는 포토트랜지스터를 제조하는 것이, 광민감도가 향상된 포토트랜지스터를 제조하는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.Thus, it is preferable to fabricate a phototransistor having a first active pattern including ZnON and a second active pattern comprising a PC 71 BM and / or a PBDTT-DPP: PC 71 BM organic material to manufacture a phototransistor with improved photosensitivity It can be confirmed that it is an efficient method.
도 12는 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 포토트랜지스터의 광반응성(photoresponsivity) 및 외부 양자 효율(EQE, effective quantum efficiency)을 측정한 그래프이다. FIG. 12 is a graph showing photoresponsivity and effective quantum efficiency (EQE) of a phototransistor according to Comparative Examples and Examples of the present invention.
도 12를 참조하면, 본 발명의 비교 예 1 및 실시 예 2에 따라 제조된 포토트랜지스터에 대해, 게이트 전압 -10V인 조건에서, 파장에 따른 광반응성 및 파장에 따른 외부 양자 효율을 측정하였다. 도 12에서 알 수 있듯이, 본 발명의 비교 예 1 에 따른 포토트랜지스터 보다 본 발명의 실시 예 2에 따른 포토트랜지스터의 광반응성 및 외부 양자 효율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 12, phototransistors manufactured according to Comparative Examples 1 and 2 of the present invention were measured for photoreactivity according to wavelength and external quantum efficiency according to wavelength under a gate voltage of -10V. As can be seen from FIG. 12, the photoreactivity and external quantum efficiency of the phototransistor according to Example 2 of the present invention are higher than that of the phototransistor according to Comparative Example 1 of the present invention.
따라서, ZnON을 포함하는 제1 활성 패턴과 PBDTT-DPP:PC71BM 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 갖는 포토트랜지스터를 제조하는 것이, 광반응성 및 외부 양자 효율이 향상된 포토트랜지스터를 제조하는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.Therefore, it is an efficient method to manufacture a phototransistor with improved photoreactivity and external quantum efficiency, and to produce a phototransistor having a first active pattern containing ZnON and a second active pattern comprising PBDTT-DPP: PC 71 BM organic material .
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
100: 기판
110: 게이트 절연체
120: 게이트 전극
130: 제1 활성 패턴
132: 제1 영역
134: 제2 영역
140: 제2 활성 패턴
150: 소스 전극
160: 드레인 전극100: substrate
110: gate insulator
120: gate electrode
130: first active pattern
132: first region
134: second region
140: second active pattern
150: source electrode
160: drain electrode
Claims (16)
상기 기판 상에 배치되는 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 배치되고, 질화물(nitride)을 포함하는 제1 활성 패턴(first active pattern); 및
상기 제1 활성 패턴 상에 배치되어 상기 제1 활성 패턴과 접촉하고, 유기물(organic material)을 포함하는 제2 활성 패턴(second active pattern)을 포함하는 포토트랜지스터.
Board;
A gate insulating film disposed on the substrate;
A first active pattern disposed on the gate insulating layer and including a nitride; And
A second active pattern disposed on the first active pattern and in contact with the first active pattern and comprising an organic material.
상기 제1 활성 패턴은, 서로 다른 산소 농도를 갖는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 포토트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the first active pattern comprises a first region and a second region having different oxygen concentrations.
상기 제1 영역은, 상기 제1 활성 패턴의 상부면에 인접하고, 상기 제2 영역은, 상기 제1 활성 패턴의 하부면에 인접한 것을 포함하는 포토트랜지스터.
3. The method of claim 2,
Wherein the first region is adjacent a top surface of the first active pattern and the second region is adjacent a bottom surface of the first active pattern.
상기 제1 영역의 산소 농도는 상기 제2 영역의 산소 농도 보다 높고, 상기 제1 영역의 질소 농도는 상기 제2 영역의 질소 농도 보다 낮은 것을 포함하는 포토트랜지스터.
3. The method of claim 2,
Wherein the oxygen concentration of the first region is higher than the oxygen concentration of the second region and the nitrogen concentration of the first region is lower than the nitrogen concentration of the second region.
상기 제1 활성 패턴은, 아연(Zn), 산소(O) 및 질소의 화합물로 형성되고,
상기 제2 활성 패턴은, 광민감성 유기 물질로 형성되는 것을 포함하는 포토트랜지스터.
The method according to claim 1,
The first active pattern is formed of a compound of zinc (Zn), oxygen (O), and nitrogen,
Wherein the second active pattern is formed of a photosensitive organic material.
상기 광민감성 유기 물질은, PC71BM 및 PBDTT-DPP:PC71BM 인 것을 포함하는 포토트랜지스터.
6. The method of claim 5,
Wherein the photo sensitive organic material is PC 71 BM and PBDTT-DPP: PC 71 BM.
상기 기판 상의 게이트 전극을 더 포함하되,
상기 게이트 전극은, 상기 기판 및 상기 게이트 절연막 사이에 배치되고, 상기 게이트 절연막으로 둘러 싸인 것을 포함하는 포토트랜지스터.
The method according to claim 1,
Further comprising a gate electrode on the substrate,
Wherein the gate electrode is disposed between the substrate and the gate insulating film and is surrounded by the gate insulating film.
상기 기판은, 절연 기판인 것을 포함하는 포토트랜지스터.
8. The method of claim 7,
Wherein the substrate is an insulating substrate.
상기 기판은, 축퇴된 반도체 기판인 것을 포함하는 포토트랜지스터.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is a degenerated semiconductor substrate.
상기 제1 활성 패턴 일측의 소스 전극, 및 상기 제1 활성 패턴 타측의 드레인 전극을 포함하되,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은, 상기 제1 활성 패턴의 상기 일측 및 상기 타측과 접촉되는 것을 포함하는 포토트랜지스터.
The method according to claim 1,
A source electrode on one side of the first active pattern, and a drain electrode on the other side of the first active pattern,
Wherein the source electrode and the drain electrode are in contact with the one side and the other side of the first active pattern.
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극의 일 부분들은, 상기 제1 활성 패턴 및 상기 제2 활성 패턴 사이에 배치되는 것을 포함하는 포토트랜지스터.
12. The method of claim 11,
Wherein portions of the source electrode and the drain electrode are disposed between the first active pattern and the second active pattern.
상기 게이트 절연막 상에 질화물을 포함하는 제1 활성 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제1 활성 패턴 상에 배치되어 상기 제1 활성 패턴과 접촉하고, 유기물을 포함하는 제2 활성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토트랜지스터의 제조 방법.
Forming a gate insulating film on the substrate;
Forming a first active pattern including nitride on the gate insulating layer; And
And forming a second active pattern disposed on the first active pattern and in contact with the first active pattern and including an organic material.
상기 제2 활성 패턴을 형성하기 전,
상기 제1 활성 패턴의 상부면을 산화시켜, 상기 제1 활성패턴의 상부면에 인접한 제1 영역 및 상기 제1 활성 패턴의 하부면에 인접한 제2 영역 사이에 산소의 농도 구배를 형성하는 것을 더 포함하는 포토트랜지스터의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Before forming the second active pattern,
And oxidizing the top surface of the first active pattern to form a concentration gradient of oxygen between a first region adjacent the top surface of the first active pattern and a second region adjacent the bottom surface of the first active pattern Wherein the photolithography process is performed using a photolithography process.
상기 제1 활성 패턴의 상기 상부면은, 열 산화되는 것을 포함하는 포토트랜지스터의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the upper surface of the first active pattern is thermally oxidized.
상기 게이트 절연막을 형성하기 전, 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 게이트 절연막은, 상기 게이트 전극 상에 형성되고, 상기 기판은 절연기판인 것을 포함하는 포토트랜지스터의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Further comprising forming a gate electrode on the substrate before forming the gate insulating film,
Wherein the gate insulating film is formed on the gate electrode, and the substrate is an insulating substrate.
상기 제1 활성 패턴을 형성한 후 상기 제2 활성 패턴을 형성하기 전,
상기 제1 활성 패턴의 일측 및 타측에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하는 단계를 더 포함하는 포토트랜지스터의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein, after forming the first active pattern and before forming the second active pattern,
And forming a source electrode and a drain electrode on one side and the other side of the first active pattern, respectively.
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| KR20200068513A (en) | 2018-12-05 | 2020-06-15 | 경북대학교 산학협력단 | Monomolecular organic semiconductor compound, and organic phototransistor comprising the same |
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